光催化TiO2-NaOH预处理稻秆协同酶法制备葡萄糖研究
引用本文:潘亮，毕艳红，迟永洲，等. 光催化TiO2-NaOH预处理稻秆协同酶法制备葡萄糖研究[J]. 化学试剂, 2023, 45(12): 77-83.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0520
背景介绍
文章亮点
1.构建了基于光催化-NaOH高效预处理稻秆体系，为木质纤维素的高效预处理提供了借鉴方法，对推动生物质能源的利用提供了理论依据；
2.与其它传统的稻秆预处理方法相比，本方法操作过程相对简易、整体实验周期偏短且成本效益低，为可再生能源的制备提供了一种新方法。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验过程
1.2.1 稻秆的前处理
1.2.2 单因素实验设计
1.2.3 标准曲线的制定
取9支25 mL的刻度试管，分别加入0～0.4 mL（间隔为0.05 mL）质量浓度为1 mg/mL的葡萄糖标准液和0.1～0.5 mL（间隔为0.05 mL）的去离子水，振荡后加入0.5 mL的DNS试剂于沸水中加热5 min，冷却后定容至5 mL混匀于526 nm下测定溶液吸光度，并以吸光度值为纵坐标，葡萄糖质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。
1.2.4 稻秆葡萄糖质量浓度的测定
取光催化振荡反应48 h后的上清液于10000 r/min下离心10 min后稀释50倍。取0.4 mL稀释液、0.1 mL的去离子水和0.5 mL的DNS试剂加入到比色管中，于沸水浴中加热5 min后立刻冷却，然后加入4 mL的去离子水，振荡均匀后于526 nm下测定吸光度值，计算其质量浓度。
1.2.5 数据处理与分析
所有实验进行3次重复，在经过上述实验后，选择料液比、TiO2质量浓度以及光催化时间3个因素，采用Design-Expert 8.0中的Box-Behnken实验模型来进行三因素三水平实验对预处理工艺参数进行优化。
2 结果与讨论
2.1 单因素实验
本文采用不同粒径的锐钛矿型和P25型TiO2对稻秆进行预处理，实验结果显示P25型TiO2显示出最佳的催化性能。
当P25型TiO2质量浓度为0.8 g/L时，葡萄糖质量浓度达到最大。
随着反应体系中料液比的增加，葡萄糖质量浓度随着料液比的增大呈现先上升后下降的趋势，但整体变化幅度不大，考虑到增加料液比会增加后续催化时间与能耗，故选择料液比为1∶40（g/mL）。
紫外光光催化0～45 min，葡萄糖质量浓度上升迅速，在45 min时达到最大值；在45～60 min范围内葡萄糖质量浓度呈下降趋势，而当处理时间从60 min逐渐增加至75 min时，葡萄糖质量浓度基本没有明显变化。
2.2 响应面优化实验
根据单因素试验结果，采用Box-Behnken方法设计响应面试验。围绕A（料液比）、B（TiO2质量浓度）和C（光催化时间）3个因素，以葡萄糖质量浓度为响应值，采用三因素三水平的响应面分析方法，确定最佳预处理工艺参数。
由响应曲面图可知，TiO2质量浓度、光催化时间对酶解稻秆葡萄糖质量浓度的影响最为显著，表现为曲线较陡，而料液比则不明显，曲线较为平缓[24]。
3 结论
本文以稻秆为原料，选取P25型TiO2作为光催化剂，采用光催化耦合NaOH预处理法，探究预处理过程对稻秆的影响。在单因素实验的基础上，采用响应面法，以纤维素酶酶解稻秆所得葡萄糖质量浓度为响应值进行响应面分析，得到的光催化预处理最优条件：料液比为1∶41 (g/mL)，P25型TiO2质量浓度为0.7 g/L，光催化时间为54 min。结果显示，酶解后，所得葡萄糖质量浓度最高为19.02 mg/mL。
